Kanker Vechten tegen een vijand die in je zit. longuitzaaiingen John J. L. Jacobs, NIBI conferentie 14-01-2012

John Jacobs? Opleiding Werk Hematologie, 1990 HLO, 1991 Microbiologie Virologie, 1990-91 Lelystad Tumor immunologie 1992-93 Endocrinologie, 1993-94 Medische Biologie, 1994 Vaccins 1994-95,1997 Biochemie, 1996-97 Proefschrift Immunologie 2003 Huid immunologie 1997-2001 Tumor immunologie 2001-03 Huid irritatie 2003-05 Immunoloog 2008 Schildersziekte 2003-05 Chemische huid 2005-06 HLO interesse moleculaire biologie en immunologie Universiteit verdere specialisatie (aan) -> Onder indruk tumor immunologie -> bevalling Meer over immunologie -> promotie et al. (aan) Omzwervingen in de wetenschap (aan) -> carrière perspectief -> Federa (animatie aan/uit) -> Veel out of the box kennis -> transferable skills -> ICT -> financiering via klein fonds -> back ICT Kanker diagnostiek 2008 Stralingshygiëne Proefdierkunde (art.9) BROK – klinische trials Winkelautomatisering, 2008 Tumor immunologie 2008-11 SAP implementatie, 2011 e.v. John Jacobs? John J. L. Jacobs, Phd JohnJLJacobs@yahoo.com www.JohnJLJacobs.nl www.cancerimmunotherapy.tk

1 Medisch wetenschappelijk onderzoek

Van idee naar geneesmiddel feedback Dierproef in lab Experimentele therapie Behandeling zieke dieren Experimentele therapie Behandeling patiënten

Van laboratorium naar kliniek Dieproef Experimentele therapie Fase I: Toxiciteit, mogelijk Fase II: Indicatie effectiviteit Fase III: Dubbelblind effectiviteit Registratie Fase IV: Postmarketting

Waarom dierproef naast klinische studie? Mens is biologisch een dier Bestuderen mechanisme Goed dierproefmodel lijkt op ziekte bij patiënt Grote tumor tot ~ 1-2% lichaam. Tumoren zaaien uit. Immunocompetent (werkend immuunsysteem). Ontwerp dierproef moet lijken op klinische studie Groepen klein (10-20) versus groot (100 – 1000) Verschillen groot (20-40%) versus klein (1 – 4%) Meten overleving versus markers

Oorlog tegen kanker Waarom is de vooruitgang in de behandeling van kanker zo klein? Huidig paradigma: Grote fase III studies Kleine risico’s Klein klinisch effect Nieuw paradigma: Kleine fase III studies Veel studies Klinisch relevante effecten Minimale verbetering therapie van kanker Snellere verbetering therapie van kanker Jacobs et al., 2009 J.Clin.Oncol.27:3062-3

2 Theorie immuuntherapie kanker

Herkent het afweersysteem kanker? Lichaamsvreemde antigenen voor kanker Weefselspecifiek (PSA) Virus antigenen (HPV) Over expressie (BRCA1, MUC1, PSMA, survivin) Kanker – testis antigenen (MAGE, GAGE, EGFR, PDGF) Unieke antigenen (nieuwe mutaties)

Waarom gebeurt het dan vaak niet? Geen reactie Wel reactie Reactie niet gewenst Reactie niet gewenst Huidallergie Pindakaas Melanoom Pokkenvirus Boterham met pindakaas. Niet alle lichaamsvreemde stoffen leveren reactie op. voorbeeld Reactie wel gewenst Reactie wel gewenst Geen reactie Wel reactie Lichaamsvreemd is niet het enige dat afweerreacties bepaald

Antigeen kan leiden tot afweerreactie Weefsel Antigeen Dendritische cel Afvoerende lymfknoop Verschillende Afweer reacties T Proefschrift, AMC 2003

Verschillend gevaar verschillende afweer! Tumor activeert geen toll like receptor Inherent gevaar Bacteriën virussen Allergenen Extern gevaar Irritatie UV-B straling Celschade Tolerantie Antistoffen Cellulaire afweer

Verschillende vormen van afweer tegen kanker mDC1 iDC Th1 Tc Opname antigeen Celdood b.v. - - mDC3 mDC2 Ts Cellulaire afweer Tr1 - Th2 B 0 – weefsel, sterfte 1 – tolerantie 2 – antistof 3 – cellulair 4 - interactie Antistoffen Stop! N Tolerantie Actieve weefsel bescherming Soms effectief, vaak niet. Kan losse tumorcellen aanvallen. Echter niet tumorweefsel Weefsel vernietiging Doorbloeding stopt, Weefsel sterft b.v. Mf

Immuuncellen Hematopoietische Stamcel Myeloide Stamcel Lymfoide Stamcel Myeloblast Erythrocyt Rode bloedcel Bloedplaatjes

Immuuncellen Hematopoietische Stamcel Myeloide Stamcel Lymfoide Stamcel Myeloblast Dendritische cell Erythrocyt Rode bloedcel Bloedplaatjes T helper CTL

Regulering van afweerreacties Tolerantie type r1 IL-10 TGF-b DCr1 Tolerantie type r1 IL-10 TGF-b DCr1 Tr1 Ts Antistoffen type 2 IL-4 IL-5 DC2 Antistoffen type 2 IL-4 IL-5 DC2 Cytotoxische cellen Tc Th1 type 1 IL-12 interferon-g DC1 Cytotoxische cellen Tc Th1 type 1 IL-12 interferon-g DC1 Veilig DC Gevaar Th2 B IL-2 GM-CSF TNF-a

3 Praktijk immuuntherapie kanker

Kan het afweersysteem kanker afstoten? Dag 10 tot 14: locale IL-2 (interleukine-2) therapie Percentage overlevende muizen 2x104 SL2 lymfoom cellen Genezing ca. 70% dieren uitgezaaid kanker Grote tumor Overlevingsduur (dagen) Maas et al. (1989) Cancer Research 49: 7037.

IL-2 in proefdieren Muizen Lymfoma 60-80% genezing Mastocytoma 60-80% genezing Darmkanker 60-80% genezing Borstkanker Verlengde overleving Lonkanker Verlengde overleving Huid papilloom geen effect Teratoma geen effect Konijn Hoofd-en halstumor 33% Complete remissie Cavia’s Leverkanker 40% C.R.

Behandeling zieke runderen Runderen met plaveiselcelcarcinoma van het ooglid 67% complete remissie en tumorvrij > 20 months Vulvale papilloom & Carcinoom 13% C.R.; 89%O.R.

Behandeling zieke honden Mastocytoom –Aggressief Operatie niet mogelijk 4 van de 7 blijvende remissie Overdraagbare venereale tumours 33% C.R.

Behandeling zieke katten Oraal plaveiselcelcarcinoom Aggressief Operatie niet mogelijk Verdubbeling overlevingsduur

IL-2 in human kliniek Fase II studies Uitgezaaid melanoom 60% C.R. Terugkerend blaaskanker 50% minder remissies

Mensen met terugkerend blaaskanker 80% verdwijnt 50% komt niet meer terug

Mensen met Melanoom Uitgezaaid Melanomen 33 van de 51 patiënten regressie > 6 maanden van alle behandelde uitzaaiingen Betere overleving patiënten in stadium III en IV M1a (uitzaaiingen in ver zacht weefsel)

Pilot studies IL-2 bij mensen Fase I-II studies Hepatocellular carcinoom stadium III-IV – 4 OR (5). Colorectal cancer stadium IV - 2 OR (4) Haemangiosarcoma stadium IV - 1 OR (1). Mesothelioom stadium IV - 1 genezing 1 OR (3)

Immuniteit na lokale IL-2 therapie Muis genezen van Injectie Overleven - 103 SL2 0 % - 103 P815 0 % SL2 95 - 100 % 103 P815 0 % 103 - 108 SL2 103 - 108 P815 P815 0 % 103 SL2 95 - 100 % Normaal 1000 kankercellen dodelijk Genezing SL2 specifiek voor SL2 Genezing P815 specifiek voor P815 Tumor-specfieke immuniteit Na genezing: Bescherming tegen dezelfde vorm kanker Dezelfde vorm van kanker komt levenslang niet meer terug Maas et al. (1989) Cancer Res. 49, 7037. Jacobs et al., ongepubliceerd

Conclusie dierproeven met lokale IL-2 therapie Kan effectief zijn tegen grote uitgezaaide tumoren Afstoting primaire tumor Natuurlijke immuniteit is aanwezig en actief (Macrofaag, eosinofiel, neutrofiel, NK-cel) Afstoting uitzaaiingen Immuniteit is specifiek voor tumor Immuniteit tegen challenge Levenslang vrij van deze vorm van kanker T cellen dragen immuniteit CD4 (helper) en CD8 (cytotoxische) Maas, Den Otter, Jacobs

Lokaal is effectiever dan systemische immuuntherapie Sterk toxisch Immunologische feedback Immunologische shock Systemiche immuuntherapie Farmacologische gedachte Tolerantie Systemiche immuuntherapie Beperkt klinisch resultaat Geen feedback Immuniteit Slechts lokale ontsteking Lokale immuuntherapie Immunologisch zoals vaccin Effect in gevorderd kanker Niet toxisch Lokale immuuntherapie Jacobs, 2011

4 Mechanisme therapie & verbetering

Verder stimuleren type 1 response Hoe werkt het afstoten van kanker door immuun-therapie (lokale IL-2 therapie)? - Versterkt type 1 response - Versterkt type 1 response Verder stimuleren type 1 response … - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen - Type 1 effector cellen stoten tumor af - Type 1 effector cellen stoten tumor af

Verbetering therapie door stimulering Th1 reactie Cytotoxische cellen Antistoffen B Th2 Tc Th1 type 2 Tolerantie Tr1 Ts IL-4 IL-5 type r1 type 1 IL-2 GM-CSF TNF-a IL-12 interferon-g IL-10 TGF-b DC DC2 DC1 DCr1 Gevaar Veilig

Combinatie IL-2 met verschillende stimulatoren van TH1 reacties De dierproeven Combinatie IL-2 met verschillende stimulatoren van TH1 reacties Geen verlengde overlevingsduur, Geen verhoogd overlevingspercentage

Gevoeliger maken van dierproef Minder tumorcellen injecteren (1000 ipv 20000) Behandelen voordat klinische tumor ontstaat (dag 1) ipv daarna (dag 10) Langdurige intensieve behandeling van dag 1 t/m dag 10 50% van de muizen overleefd …. Ook bij de muizen zonder TH1 stimulatie Ook bij de muizen zonder lokale IL-2 therapie Ook bij de muizen zonder werkzame stof Chronische irritatie heeft een klein effect bij zeer lage aantallen tumorcellen

Verder stimuleren type 1 response Nieuwe type 1 induceren met vaccin Hoe werkt het afstoten van kanker door immuun-therapie (lokale IL-2 therapie)? - Versterkt type 1 response - Versterkt type 1 response Verder stimuleren type 1 response Nieuwe type 1 induceren met vaccin - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen - Type 1 effector cellen stoten tumor af - Type 1 effector cellen stoten primaire tumor af

Vaccins stimuleren TH1 respons Vaccines verhogen T cellen en antistoffen Geen correlatie met klinisch resultaat Meer dan 1100 patienten behandeld Minimale therapeutische resultaten (1 CR, 3 PRs) 41 klinische studies met verschillende vaccins Minder verbetering dan na docetaxel of Mitoxantrone Geen fase III studie die vergelijkt met standard therapy Maar zijn niet of nauwelijks effectief tegen bestaande kanker

Hoe werkt het afstoten van kanker door immuun-therapie (lokale IL-2 therapie)? - Versterkt type 1 response Verder stimuleren type 1 response Nieuwe type 1 induceren met vaccin Bescherming na genezing is echter wel door type 1 respons - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen - Type 1 effector cellen stoten tumor af

Vergelijking afstoting oorspronkelijke tumor en uitzaaiingen. Therapie PBS lever longen oorspronkelijk IL-2 day

Hoe werkt het afstoten van kanker door immuun-therapie (lokale IL-2 therapie)? - Versterkt type 1 response Verder stimuleren type 1 response Nieuwe type 1 induceren met vaccin Bescherming na genezing is echter wel door type 1 respons - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen Primaire tumor wordt eerder afgestoten dan uitzaaiingen Primaire tumor wordt eerder afgestoten dan uitzaaiingen - Type 1 effector cellen stoten primaire tumor af - Type 1 effector cellen stoten primaire tumor af

Klinische vraag: beste plaats van injectie? Theorie nabij de tumor. Meer tumor infiltrerende (TH1) afweercellen. Theorie in de tumor. Mogelijk direct effect in tumor? Experiment. Heeft IL-2 een effect op de plaats van injectie?

Effect van injectieplaats op therapie effect ver Methylgroen (DNA) Pyronine (RNA) dichtbij IL-2 PBS roetdeeltjes

Lokaal mechanisme van IL-2 Histologie bij injectie plaats 3 5 Injectie Extravasculair erythrocytes 3. Bloedvat 4. Oedeem 5. Infiltrerende leukocytes 3 4 3 3 2 1 1 1

Intratumoraal is effectiever dan peritumoraal Overleving p=0.04 Intratumoraal IL-2 Peritumoraal IL-2 PBS Jacobs et al. (2005).

Hoe werkt het afstoten van kanker door immuun-therapie (lokale IL-2 therapie)? - Versterkt type 1 response Verder stimuleren type 1 response Nieuwe type 1 induceren met vaccin Bescherming na genezing is echter wel door type 1 respons - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen Primaire tumor wordt eerder afgestoten dan uitzaaiingen - Type 1 effector cellen stoten primaire tumor af

Hoe werkt het afstoten van kanker door immuun-therapie (lokale IL-2 therapie)? - Versterkt type 1 response Verder stimuleren type 1 response Nieuwe type 1 induceren met vaccin Bescherming na genezing is echter wel door type 1 respons - Afstoting primaire tumor en uitzaaiingen Primaire tumor wordt eerder afgestoten dan uitzaaiingen - Type 1 effector cellen stoten primaire tumor af

5 Nieuwe hypothese immuuntherapie

Nieuwe hypothese Patiënt is niet naïef voor kanker Tumorweefsel onderdrukt afweerreacties Tumor moet worden vernietigd voor goede afweer tegen kanker Lokale IL-2 therapie kan dit doen

Levensvatbare tumor onderdrukt afweerreacties mDC1 iDC Th1 Tc Opname antigeen Celdood b.v. - - - mDC3 mDC2 Ts Cellulaire afweer Tr1 - Th2 - B Antistoffen 0 – weefsel, sterfte 1 – tolerantie 2 – antistof 3 – cellulair 4 - interactie Stop! N Tolerantie Actieve weefsel bescherming Soms effectief, vaak niet. Kan losse tumorcellen aanvallen. Echter niet tumorweefsel Weefsel vernietiging Doorbloeding stopt, Weefsel sterft b.v. Mf

Nieuw mechanisme lokale IL-2 therapie Lokaal Lymfknoop Systemisch Th1 Lokale tumor afstoting Antigeen Immuniteit tegen uitzaaiingen DC T4 T8 Tc Vaccinatie Doorbreken tolerantie

6 Nieuwe hypothese in de praktijk

Lokale IL-2 therapie werkt niet altijd Copenhagen ratten met syngene tumor MLL (MAtLyLu) Hormoon ongevoelig prostaatkanker CRPC Longuizaaiingen

Lokaal effect IL-2 in ratten met prostaatkanker Tumorgrootte IL-2 PBS Geen lokaal effect van IL-2

Systemisch effect lokale therapie Gewicht / gezondheid ratten PBS Geen systemisch effect van IL-2 IL-2

Relatie lokaal – systemisch effect IL-2 Lokaal falen Lymfknoop Systemisch Th1 Tc Immuniteit tegen uitzaaiingen Th1 Tc Immuniteit tegen Uitzaaiingen DC Doorbreken tolerantie DC T4 Antigeen T8 Doorbreken tolerantie Vaccinatie Vaccinatie Lokale tumor afstoting

Combinatie lokale IL-2 met toxische therapie. Zeep Chirurgische schade Chemotherapie. Bestraling.

Lokaal effect van Zeep (SDS) in kanker SDS stopt tumorgroei, en induceert tumor regressie Grootte tumoren Geen therapie Alleen IL-2 SDS SDS + IL-2

Systemisch effect van SDS + IL-2 intratumoraal Fractie overlevende ratten SDS verlengt overlevingsduur SDS + IL-2 2 genezingen 2 cures SDS + IL-2 IL-2 SDS No therapy

Chirurgie en lokale IL-2 IL-2 in blaas naar incomplete chirurgie Mensen Terugkerend Blaaskanker Incomplete chirurgie met marker laesie 5 keer intravesiculair 3 M.I.U. IL-2 80% marker laesies verdwijnt Verminderde terugkeer tumor (50%) Den Otter et al. (1998) J. Urol. 159, 1183

Lokale chemotherapie en IL-2 - proefdier Cisplatin Muizen met teratoma i.p. Alleen IL-2: geen effect; Alleen cisplatin: verlengde overleving + 25% Combinatie: Overlevingsduur: 2x; 13% C.R.

Lokale chemotherapie en IL-2 - veterinair Cisplatin Paarden met sarcoiden Lokale Cisplatin + IL-2 53% Complete Remissies Spoormakers et al. (2003) Cancer Immunol. Immunother. 52, 179

Preclinical studies in mice Radiotherapie en IL-2 Preclinical studies in mice Mouse SL2 lymphoma 87% C.R. Irradiation: 17% C.R.; suboptimal IL-2 15% C.R. Everse et al.(1997) Int.J.Cancer 72,1003; Jürgenliemk-Schulz et al.(1997) Radat.Oncol.Investig. 5,54. Mammary carcinoma 90% C.R. Irradiation: 14%; IL-2 0% disease-free survival. Jürgenliemk-Schulz et al. (1997) Radat. Oncol. Investig. 5, 54.

Fase Ib/II studie bij mensen Radiotherapie and IL-2 Fase Ib/II studie bij mensen Nasopharynx carcinoom stadium III or IV 10 mannelijke patienten 20 gematchte historische controles (alleen bestraling) 7000 cGy in 7 weeks Week 2, 4, and 6: 5* 30,000 IU IL-2 Jacobs et al. (2005) Cancer Immunol. Immunother.

Fase Ib/II study in patienten met nasofarynx carcinoma Radiotherapie en IL-2 Fase Ib/II study in patienten met nasofarynx carcinoma Censored ziektevrije overleving IL-2 behandeling p = 0.014 Historische controles Jacobs et al. (2005) Cancer Immunol. Immunother.

7 ‘Persoonlijke’ medicijnen tegen kanker

Persoonlijke medicijnen Verschillende behandeling voor andere groepen kanker patiënten Standaard therapie kan schadelijk zijn voor sommige patiënten Huidige immuun status voorspeld effectiviteit immunotherapie Characiejus et al., 2010 EPMA J.1:369-375 Characiejus et al., 2011 Anticancer Res.31:639-47 Characiejus

Immuuntherapie Mediane overleving Controle (maanden) Interferon a Hoog Laag 30% CD8hCD57+ / CD8

Docetaxel Klinisch gebruik met enige verbetering in overleving bij sommige patienten met Castratie-Resistent ProstaatKanker Dierstudie in literatuur Kleinere tumor na 14 dagen in Dunning MLL experiment => geen andere gegevens in artikel

Docetaxel tegen tumorgroei Docetaxel remt tumor groei P<0.05 oplosmiddel - Docetaxel Tumor grootte (cm2) 1 cm2 Local IL-2 Docetaxel controle + controle controle + IL-2 Docetaxel+controle Docetaxel + IL-2 Time (days)

Docetaxel en gezondheid Docetaxel vermindert gezondheid P<0.05 Oplosmiddel - Docetaxel Relatief lichaams gewicht controle + controle controle + IL-2 Docetaxel+controle Docetaxel + IL-2 Local IL-2 Docetaxel Time (days)

Docetaxel en overleving Docetaxel reduces survival P<0.05 Solvent - Docetaxel controle + controle controle + IL-2 Docetaxel+controle Docetaxel + IL-2 Gewichtsverlies Docetaxel Tumorgroei Local IL-2 Time (days)

Resistentie in kankercellen Samenvatting in vivo experimenten: Docetaxel Remt tumor groei, maar verkleint tumor niet Vermindert gezondheid en overleving Docetaxel uitgepompt door MDR? Immunochemie toont MDR aan in tumor: Mdr1a (P-gp) + MRP1 + MRP4 ++ BCRP (ABCG2) +

Persoonlijke medicijnen Verschillende behandeling voor andere groepen kanker patiënten Wat baat voor de ene patiënt kan de andere schaden Doctors eed … 1 doe de patiënt geen kwaad Characiejus et al., 2010 EPMA J.1:369-375 Characiejus et al., 2011 Anticancer Res.31:639-47 Characiejus

Betrokken bij dit onderzoek Universiteit Utrecht Linda Everse Ton Baselmans Kees de Groot Monique Bernsen Hub Dullens Riks Maas Jan Willem Koten Derek Sparendam Wim Hennink Jenny Cadée Marja van Luyn Wim den Otter VUmc Irene Bijnsdorp Ab A. Geldof Clara Lemos Tim van der Sluis George L. Scheffer Rik J. Scheper Renze Roozendaal Krakow, Polen Jadoslav Baran Praag, Tsjechie Jan Bubenik Tubingen, Duitsland Graham Pawelec Moskou, Rusland Ekaterina Moiseeva AMC De Reijke OLVG Van Andel Universiteit Utrecht Jan Battermann Ina Jürgenliemk-Schulz Gertjan Hordijk Chris Terhaard VUmc R. Jeroen A. van Moorselaar André Vis Jos Frantzen Vilnius University,Litouwen Feliksas Jankevičius Dainius Characiejus Mykolas Mauricas Vita Pašukonienė R. Eidukevicius M. Dobrovolskiene Sofia, Bulgaria Zahary Krastev Radosveta Tomova Krakow, Polen Marek Zembala “Korte Akkeren”, Gouda Jurgen F. V.Tan Dierenkliniek, Berkel Paul G.M.P. Ziekman Fac. Diergeneeskunde, Utrecht W. Klein Eric Teske W. Spoormakers Jolle Kirpenstein Harare, Zimbabe Rachel J. E. Stewart F.G. Hill JohnJLJacobs@yahoo.com